3.6.3. Оборудование для сварки полимерных труб
Сварка труб и деталей из термопластов - одна из основных операций при изготовлении и монтаже трубопроводов. Соединение труб является самым ответственным элементом технологических трубопроводов, от качества которого зависит их герметичность, долговечность, надежность в эксплуатации. Сварное соединение обеспечивает удобство и быстроту сборки, экономичность, хорошие гидравлические характеристики.
Сварка полимерных материалов - это способ получения неразъемных соединений путем установления межмолекулярных связей между соединяемыми деталями при их нагреве и сжатии. Существует несколько видов сварки полимерных труб:
- нагретым газом с применением присадочного материала;
- на остающихся муфтах с закладным нагревательным элементом (проволочной спиралью);
- экструзией, т.е. подачей под давлением расплавленного присадочного материала в зазор между соединяемыми деталями;
- контактная (нагретым инструментом).
Выбор способа сварки зависит от требований, предъявляемых к сварным стыкам монтируемого трубопровода, от условий выполнения сварочных работ и от технической оснащенности и наличия сварочного оборудования.
Широкое распространение при монтаже трубопроводов из полимерных материалов получила контактная сварка. Процесс контактной сварки состоит в том, что подготовленные концы труб и деталей, разогретые до вязкотекучего состояния, соединяются между собой при приложении к ним определенного давления (Рос - давление осадки). В результате взаимной диффузии молекул полимеров получается прочное сварное соединение.
Контактная сварка выполняется встык и враструб. Сварка встык - наиболее экономичный способ соединения, имеет меньшую трудоемкость, позволяет применять один и тот же нагревательный инструмент для труб различного диаметра. Недостатком является необходимость точного совмещения торцов соединяемых труб, а также образование в месте стыка грата (наплыва материала), который ухудшает гидравлические характеристики трубопровода.
Сварка враструб отличается простотой выполнения за счет самоцентрирования конца трубы в раструбе. Отпадает необходимость в центрирующих и торцующих устройствах. Но необходимо применять для каждого диаметра труб нагреватель с определенными размерами.
Соединение труб и деталей из ПНД и ПП диаметром более 40 мм и толщиной стенки не менее 3 мм выполняют контактной сваркой встык. Трубы из ПВД соединяют с помощью литых деталей (фитингов) заводского изготовления контактной сваркой враструб. Таким же образом соединяют трубы с диаметром до 160 мм из ПНД, ПВД и ПП с помощью раструбов, отформованных на их концах.
Соединения труб контактной сваркой производят как в трубозаготовительных цехах и мастерских, так и в построечных условиях.
Станки для контактной сварки труб
Станки имеют ручной (рычажный), пневматический или гидравлический привод механизма осадки в зависимости от диаметра свариваемых труб. На рис. .14 приведена конструктивная схема станка с пневмоприводом для сварки труб диаметром от 160 мм до 335 мм.
Станок включает в себя сварной каркас 1 со столом, на котором смонтированы подвижная 2 и неподвижная 3 каретки. Передвижение подвижной каретки 2 производится пневмоцилиндром 4 по направляющим, закрепленным на столе. На каретках установлены зажимы для труб 5, которые могут поворачиваться относительно вертикальной оси. Они имеют фиксированные углы поворота 15, 22.5, 30 и 450. Это позволяет варить как прямой стык, так и угловой.
Внутри каркаса смонтирована пневматическая система станка 6, имеющая устройство для регулирования подаваемого в цилиндр сжатого воздуха (редуктор) 7, а также понижающий трансформатор 10, для питания током напряжением 36В нагревателя.
Станок комплектуется нагревателем 8, торцовочным устройством 9 и комплектом вкладышей, устанавливаемых в зажимы 5 для сварки труб различного диаметра.
Нагреватель состоит из алюминиевой круглой плиты с залитыми в ней ТЭНами, имеющей ручку для переноски и установки и питающий кабель для подключения к трансформатору. Плита нагревателя с обеих сторон покрыта фторопластовой пленкой или электроизоляционной тканью для уменьшения налипания (адгезии) материала труб. Нагреватель оснащен терморегулятором.
Торцовочное устройство состоит из двух параллельно вращающихся и установленных на одной оси дисков, имеющих по периметру зубья. На дисках закреплены ножи, режущие кромки которых выступают над поверхностью на 0,1…0,5 мм. Высота режущей кромки зависит от материала труб и регулируется с помощью прокладок. На оси дисков установлен упор с кольцом для фиксирования устройства на станке. Вращение дисков осуществляется рукояткой и подпружиненной собачкой.
Рис. 3.14. Станок для контактной сварки полимерных труб с пневмоприводом: 1 - каркас; 2 - каретка подвижная; 3 - каретка неподвижная; 4 - пневмоцилиндр; 5 - зажим для труб; 6 - пневмосистема станка; 7 - регулятор давления сжатого воздуха (редуктор); 8 - нагреватель; 9 - устройство торцовочное; 10 - трансформатор; 11 - свариваемые трубы
Стыковая сварка осуществляется следующим образом. В зажимы 5 станка устанавливают вкладыши, соответствующие диаметру свариваемых труб, а затем и сами трубы. Трубы надежно фиксируют в зажимах, вылет концов труб из зажимов должен быть не менее 20 мм.
Между торцами труб устанавливают торцовочное устройство 9 и с помощью упора и кольца фиксируют его на столе станка. Включением пневмоцилиндра 4 перемещают подвижную каретку, чем прижимают торцы труб к дискам торцовочного устройства. Усилие прижатия должно быть небольшим, регулируемым давлением воздуха, подаваемого в пневмоцилиндр. Качательным движением рукоятки вращают диски, ножи которых снимают стружку одновременно с обоих торцов труб.
После подготовки торцов труб торцовочное устройство снимают, а на его место устанавливают нагреватель 8 с разогретой плитой. Трубы прижимают торцами к плите нагревателя с усилием, равным давлению осадки Рос. Торцы труб оплавляются до вязкотекучего состояния. В конце оплавления давление прижатия снижается на определенный отрезок времени. Затем производят отвод труб от нагревателя, нагреватель выводится из зоны сварки, а трубы вновь сжимаются с усилием Рос. Охлаждение образовавшегося шва происходит естественным путем без снятия усилия осадки. В зависимости от толщины стенок труб и температуры окружающего воздуха длительность охлаждения от 5 до 16 мин.
Давление осадки, длительность стадий оплавления и время охлаждения определяются технологической картой.
В условиях монтажной площадки для сварки труб диаметром до 160 мм используют сварочные установки с рычажным приводом механизма осадки (рис. 3.15).
Рис. 3.15. Сварочная установка с рычажным приводом: 1, 2 - зажимы; 3 - направляющие; 4 - приводной рычаг; 5 - упорный рычаг; 6 - храповый тормоз; 7 - динамометр со стрелочным указателем; 8 - свариваемые трубы
Устройство включает в себя два зажима 1 и 2, которые перемещаются друг относительно друга по направляющим 3. Механизм перемещения состоит из кинематически связанных между собой рычагов – приводного 4 и упорного 5. Приводной рычаг стопорится в определенных положениях храповым тормозом 6 с зубчатым сектором. При сжатии торцов труб рычагами усилие контролируется по перемещению стрелки пружинного динамометра 7. Порядок сварки не отличается от вышерассмотренного.
Сварка враструб (рис. 3.11, б) применяется для соединения труб и деталей диаметром до 160 мм. Она основана на одновременном оплавлении тонкого слоя внутренней поверхности раструба и наружной поверхности конца трубы с последующим быстрым вдвиганием конца трубы в раструб.
Рис. 3.16. Нагреватель для сварки труб враструб: а) - общий вид; б) - схема установки труб при нагреве; 1 - гильза; 2 - дорн; 3 - клеммная коробка с терморегулятором; 4 - электронагревательные элементы; 5 – ручки.
Dн - наружный диаметр труб; Dд - диаметр дорна; Dг - диаметр гильзы; Lд - длина дорна; Lг - глубина гильзы
Для сварки враструб используют те же станки и сварочные установки, что и для сварки встык. Нагреватель (рис.3.16) имеет отличия. К плите с электронагревателями прикреплены гильза 1 и дорн 2, изготовленные из стали или из алюминиевого сплава. Диаметр гильзы Dг должен быть равным или несколько меньшим диаметра трубы. Диаметр дорна Dд должен быть равным или немного большим внутреннего диаметра раструба. Длина дорна Lд и глубина гильзы Lг должны быть на 1…1,5 мм больше глубины раструба. Гильзу и дорн обычно делают съемными для использования при работе с трубами различного диаметра.
Перед сваркой на конце трубы снимают фаску под углом 45°. После нагрева нагревателя конец трубы вставляют в гильзу, а дорн вдвигают в раструб. Необходимо следить, чтобы детали вдвигались без перекосов и вращения. После оплавления поверхностей конец трубы плавно, без перекоса вдвигают в раструб. Не допускается вращение деталей друг относительно друга.
При небольших объемах работ применяют стальные оправки, нагреваемые пламенем газовой горелки. Контроль температуры производится в этом случае с помощью термокарандаша.